无人驾驶带来的交通变革

作者:文博论文查重     发表时间:2020-12-25 22:45:37   浏览次数:200


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  Alphabet旗下自动驾驶汽车业务Waymo向凤凰城郊区使用打车应用程序的用户,发送了一封名为《完全无人驾驶的Waymo汽车即将到来》的电子邮件,称下一次乘车,车辆可能不再配备人类安全员。

  一、新出行-无人驾驶

  无人驾驶是让汽车拥有环境感知、路径规划并自主实现载体控制的技术,也就是用电子技术控制载体进行的仿人驾驶或是自动驾驶,即自动化程度较高的自动驾驶(一般指自动化程度L4:在限定道路和环境下,自动驾驶系统自动执行完整的动态驾驶任务,驾驶员无需对所有系统请求作出响应)。无人驾驶技术包含车辆定位技术、车辆控制技术、车辆稳定系统、自动泊车系统、雷达系统、车道保持系统、预防碰撞系统等。

  近年来随着无人驾驶技术逐渐成熟,很多国家、地区开始大规模开放无人驾驶试验示范区,测试运行无人驾驶汽车。中国科学院院士、香港大学教授叶嘉安表示:“相信到2030年,在欧洲、美国将全部是自动汽车。未来五年我们也会看到很多地方有自动汽车出现,这对我们的影响是非常大的。”对于无人驾驶汽车运营规模化的极速到来,大多焦点集中在无人驾驶技术和行业发展层面,无人驾驶汽车运营规模化给社会带来的巨大影响目前尚没有得到足够的重视。究竟无人驾驶会把城市带向何处?于城市的交通产生多大的变化?都是必须重视且需深入研究的课题。

  二、它带来的交通变革

  美国电气电子工程师学会(IEEE)曾用行业数据做了预测:2020年无人驾驶汽车将全面投入量产;2035年前后,无人驾驶车辆将占到所有行驶车辆的50%;2050年前后,无人驾驶车辆将占到所有行驶车辆的90%。香港大学副教授王缉宪表示:“将来如果300万辆无人汽车在城市道路上跑的话,我们可能需要的不是现在这种路,而是另外一种路。”无人驾驶成为常态,城市的道路需结合无人驾驶特点进行重新设计。

  1、交通空间再分配

  通行效率增加,车行空间降低

  无人驾驶的车辆行驶行为比人类驾驶更为精确,道路宽度的容错余量将不再必要;不存在驾驶员分心的情况,道路中间隔离带将不再必要;车辆体积更小,反应速度更快,不需要和其他车辆保持很大车距,能提高每个车道的通行能力。

  (1)车道数减少

  车道数由道路通行能力决定,通行能力是度量道路疏导交通能力的性能指标,也是道路设计、交通规划和管控、道路交通设施改造的重要参数。根据《美国道路通行能力手册》,道路基本通行能力(N)由交通流平均车速(V)和最小车头间距(L)决定,N=1000V/L,其中L=l车+l安+l反,l车为前车车长,小汽车取6m,货车取12m,l安为安全距离,参照国家标准取5m,l反为驾驶员反应距离,对于无人驾驶车辆,取0m。当V取值60~120km/h时,小型和大型无人驾驶汽车的最小车头间距分别是传统汽车的21.6%~35.5%和29.8%~45.9%。因此,无人驾驶时代,道路基本通行能力将大约提高2.6~4.2倍。车行道通行能力提高,对车道数的设置将大大减少。当无人驾驶汽车比例达到90%时,在保持道路饱和度不变的前提下,车行道可以从现状双向8车道改为双向4车道。

  (2)车行道宽度变窄

  无人驾驶现阶段的研究主要表现在对无人驾驶本身技术的研究,例如需利用深沉神经网络等方法识别现在的道路场景,而对于无人驾驶实现后实际需要的车道宽度研究较少。

  车行道宽度包含车辆的外廓宽度和错车、超车或并列行驶所必需的余宽等。理想道路条件是车道宽度不小于3.65m,路旁的侧向余宽不小于1.75m,目前国内机动车一般宽度采用3.5m,部分货车车道宽度采用4m。研究者认为无人驾驶汽车宽度仅为当量标准车的83%,因此不再需要3.5m车道宽,将大大节约交通空间。

  行人空间释放,落客区需加强

  当无人驾驶汽车完全取代人类驾驶汽车时,只需要2-3条较窄的、为不同方向服务的行车道,路侧空间被大大释放,节约出来的空间可改造成人行道、绿地、休憩空间和商业空间,这种空间也可称为弹性空间,即根据不同时段的需要,赋予空间不同的功能以供人们使用。此外,这部分空间的功能性也非常强,其基本的功能是作为无人驾驶汽车的上下客空间,核心功能是作为行人空间与机动车空间分隔的绿化空间。

  无人驾驶车辆可以在乘客到达目的地后自行离开,城市将需要在路边提供大量的落客点。落客点的设计将成为城市交通设计的一个重要课题。无人驾驶车辆可自行驶入停车场,或由于下一个乘客的需求,可能需要继续行车。因此在尽可能不影响交通流的情况下,卸客车道和卸客站点会被大量融入进街道设计。

  2、交通设施被替代

  在无人驾驶普及的未来世界,V2X是自动驾驶必要技术和智慧交通的重要一环,包括是V2V(车车通讯)、V2I(车路通讯)和V2P(车与人)等,其中V2V和V2I技术将负责向车辆传达交通流和基础设施的实时信息,因此用于向人类驾驶员传递信息的传统信号灯和交通标志将不再需要。

  (1)信号灯

  目前道路交叉口或路段信号灯多数为固定式信号周期形式,且信号灯布设形式利于驾驶员目视等形式,借助V2X车联网技术,可实时监控交叉口及路段车流量及行人量,及时判断通行时间,减少交叉口全红时间,提高出行效率,保障人行过街安全。

  (2)标志标线

  当前道路交通标志标线的形状、尺寸、颜色、字符和图形,均以驾驶员的视觉特性为主要设计依据,不仅增加驾驶员的负担,而且由于发现标识到采取行动的时间间隔较短,容易引发交通事故或交通违章。道路交通标志和标线应根据无人驾驶汽车的交通特性重新分类和设计,同时借助V2X车联网,可以将道路限速、限行、信号灯等指令传输到车载终端,车载终端根据信息通过执行端,对车辆进行辅助驾驶。

  3、城市停车空间释放

  普林斯顿大学教授Alain Kornhauser:“无人驾驶汽车对未来最大的影响或将体现在停车上。如果未来每个大面积被空置的停车场能够被改造,那么这些可利用的空间将会成为人们想象力、创造力得以实现的资源。”

  美国Perkins+Will建筑设计事务所高级项目建筑师Garry Tierney指出:“我们曾经做过一项关于旧金山城市研究和非营利性城市规划(SPUR)的调查报告,以观察无人驾驶汽车的营运效率。我们发现,以可预见的无人驾驶汽车运营能力估计,其将可以减少400%的车辆交通压力。那么最保守地认为,这个数字也可以达到200%。”

  三、未来可期

  美国加州大学伯克利分校研究生提出新项目:建设一条专供自动驾驶汽车行驶的公路。Hyperlane上的每一辆无人驾驶汽车都会被中央计算机监控和计算,只要乘客选择要去的目的地,Hyperlane就会将车辆分配至对应的路线,由于中央控制系统可以实时控制车流,因此在Hyperlane上行驶的无人驾驶汽车可以轻松达到最高193公里/小时的时速。

  相关论文推荐:无人驾驶车辆交通事故损害赔偿责任主体判定研究

  因此无人驾驶的发展能够带来出行方式的变革,实现出行的安全性和便捷性。无人驾驶汽车运营规模化会使城市公共空间规模得以增加,城市街道空间将由机动车的尺度转向人的尺度。因此设计师须充分认识无人驾驶与城市,与交通之间深层次的耦合关系,然后实现城市空间向更适宜人的方向转变。——论文作者:平怀君

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